QBQ0317 – Aula 7 - 2020
Mecanismos de Reparo do DNA
Diferentes agentes mutagênicos alteram o DNA e ocasionam diferentes tipos de danos.Cada dano pode levar a um tipo de mutação.
DNA está sujeito a danos
desaminação, alquilaçãoe oxidação de bases
ausênciade purinas
dímeros detimina
bases mal-pareadas
(mismatch)
ligações covalentesentre as fitas
quebras dasfitas
Sistemas de reparo
Como as células evitam que um dano no DNA origine uma mutação?
Francis Crick, Nature, 26 April 1974
Replicação
Reparo
Recombinação
Metabolismo do DNA
Cada tipo de dano requer um mecanismo de reparo do DNA
Consequências dos danos no DNA
Estabilidadegenética
Divergênciagenética
à evoluçãoCâncer
doençashereditárias
Dano
Reparo incompletoou ineficienteReparo eficiente
Deficiências no reparo do DNAassociadas a câncer, imunodeficiência e
outras síndromes
Genes relacionados ao metabolismo de DNA em E. coli
genoma de E. coli
Genes relacionados ao reparo de DNA em E. coli
genoma de E. coli
• Nucleases: Øcortam uma ligação fosfodiéster
– Quebra no interior de uma das fitasØEndonuclease: no interior da fita de DNAØExonuclease: a partir das extremidades
– 5’à 3’ ou 3’à5’– Retira um nucleotídeo por vez
• HelicasesØSeparam as fitas do DNAØQuebram ligações de hidrogênio
Atividades enzimáticas importantespara o reparo de DNA
• DNA polimerasesØ adicionam nucleotídeosØ DNA polimerases I e III podem ser usadas,
dependendo do mecanismo
• DNA ligaseØReligam quebras (ligação fosfodiéster) em uma
fita de DNA
Atividades enzimáticas importantespara o reparo de DNA
• DNA glicosilasesØQuebram a ligação glicosídica entre base e
desoxiriboseØEspecíficas para cada base
• DNA ligase
Atividades enzimáticas importantespara o reparo de DNA
• Mismatch repair (“reparo de pareamento errado”)
• Reparo por excisão de base (BER)• Reparo por excisão de nucleotídeo
(NER)• Reparo direto• Reparo por síntese translesão (SOS)• Reparo por recombinação
Tipos de sistemas de reparo em E. coli
Revisão de prova pela DNA pol III não é reparo…
• Logo após replicação
• Corrige erros que escaparam da atividade revisora da DNA polimerase
• Repara a fita “nova” e mantém o molde
Reparo para correção de mal-pareamentomismatch repair (MMR)
Como ocorre a discriminação entre as fita nova e velha?
DNA de E. coli é metilado em sítios GATC
Fita não metilada:
Fita “nova”, que contém o
erro
Mismatch repair
Mismatch repair
Fita nova
• Proteínas envolvidas:ØMutS, MutL, MutHØExonucleasesØSSBØDnal pol III
CH3
CH3
CH3
CH3
• Mismatch repair (“reparo de pareamento errado”)
• Reparo por excisão de base (BER)• Reparo por excisão de nucleotídeo
(NER)• Reparo direto• Reparo por síntese translesão (SOS)• Reparo por recombinação
Sistemas de reparo em E. coli
Reparo por excisão de bases (BER)• Remoção da base modificada
Ø ex: Uracila no DNA
• Proteínas envolvidas:ØDNA glicosilases
– Retiram a base modificada– específicas para cada modificação
ØAP endonuclease– Quebra ligação fosfodiéster
ØDNA polimerase I– Adiciona novos nucleotídeos
ØDNA ligase– Sela a fita
Reparo por excisão de bases (BER)
(Ribose e Pi ficam)
• Mismatch repair (“reparo de pareamento errado”)
• Reparo por excisão de base (BER)• Reparo por excisão de nucleotídeo
(NER)• Reparo direto• Reparo por síntese translesão (SOS)• Reparo por recombinação
Sistemas de reparo em E. coli
Reparo por excisão de nucleotídeos (NER)
• Lesões que causam mudanças estruturaisno DNA Ø ex: dímeros de pirimidina
• ABC exinuclease (UvrABC)• Helicase (UvrD)• DNA polimerase I• DNA ligase
helicase
NER: E. coli x humano
Deficiências no NER causam Xeroderma pigmentoso e Síndrome de Cockayne
• Doenças autossômicas recessivas
• Hipersensibilidade a luz solar (luz ultravioleta)
• Lesões cutâneas, incluindo câncer de pele
• Alterações oftalmológicas
• Alterações neurológicas
• Aumento do risco de neoplasias malignashttp://revistapesquisa.fapesp.br/2012/09/14/luta-contra-o-sol/
http://g1.globo.com/goias/noticia/2014/05/povoado-em-goias-tem-maior-taxa-mundial-de-doenca-rara-de-pele.html
https://www.bbc.com/portuguese/brasil-45975890
Mutações em diferentes genes de vias de reparo em XP e SC
Mutações congênitas em genes de reparo de DNA
Sistemas de reparo deficientes
Lesões não reparadas
Aumento da frequência de mutaçãoem outros genes
Câncer, imunodeficiência
http://www.youtube.com/watch?v=axFJA4-SzYghttps://www.wired.com/story/dna-repairing-sunscreen-legit-or-nah/
?Cosméticos com enzimas de reparoseriam eficientes na prevenção de
câncer e envelhecimento?
• Mismatch repair (“reparo de pareamento errado”)
• Reparo por excisão de base (BER)• Reparo por excisão de nucleotídeo
(NER)• Reparo direto• Reparo por síntese translesão• Reparo por recombinação (SOS)
Sistemas de reparo em E. coli
• Foto-reativação enzimática Ø Fotoliases reparam dímeros de pirimidinaØ mecanismo conservado em todos os
organismos, exceto mamíferos placentários
• Enzimas que removem grupos alquil:Ø O6 - metilguanina DNA metiltransferaseØ AlkB (1-metilguanina, 3-metilcitosina)
Sistemas de reparo direto em E. coli
Reparo de dímeros de pirimidinas por foto-reativação
• FotoliaseØQuebra as ligações entre os dímeros ØEnzima ativada por luz visívelØAusente apenas em mamíferos
placentários
O6 – metilguaninaDNA metiltransferase:
“enzima” não se recupera e é degradada
Reparo de bases alquiladas
Reparo de bases alquiladas por AlkB
• Mismatch repair (“reparo de pareamento errado”)
• Reparo por excisão de base (BER)• Reparo por excisão de nucleotídeo
(NER)• Reparo direto• Reparo por síntese translesão (SOS)• Reparo por recombinação
Sistemas de reparo em E. coli
• Resolve bloqueio da replicação
• DNA polimerase IVØPassível de erroØ Incorpora nucleotídeos
aleatórios• Fonte de variabilidade
genética?
Reparo por síntese
translesão
• Algumas classes de antibióticos geramcondições de estresse que ativam o SOS
• Aumento da taxa de mutações e de recombinaçãoØ mudanças nos alvos dos antibióticosØ alterações na expressão de genes que
contribuem para a resistência
O sistema SOS pode ser contribuirpara o aumento da resistência
de bactérias a antibióticos
• Mismatch repair (“reparo de pareamento errado”)
• Reparo por excisão de base (BER)• Reparo por excisão de nucleotídeo
(NER)• Reparo direto• Reparo por síntese translesão (SOS)• Reparo por recombinação
Sistemas de reparo em E. coli
Reparo por recombinação
homóloga
O reparo de DNA é mais ativo durante o sono
Células têm vários sistemas de reparo de DNA:
- Reparo de pareamento errado (MMR) é dirigido pela não metilaçãotransitória de sequências GATC na fita recém sintetizada.
- Sistemas de reparo por excisão de bases (BER) reconhecem ereparam danos causados por agentes ambientais, como radiação eagentes alquilantes.
- Reparo por excisão de nucleotídeos (NER) retira um segmento da fitade DNA que inclui a lesão, deixando um intervalo que é preenchido pelaDNA polimerase e depois ligado (DNA ligase).
- Alguns danos são reparados por reversão direta da lesão, por enzimasespecíficas.
- A síntese translesão (resposta SOS) permite a retomada dareplicação, mas adicionas bases “erradas” e pode ser um mecanismode aumento de diversidade em condições de estresse
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